2025年大学大二（化学工程与工艺）化工分离工程阶段测试试题及答案

2025年大学大二（化学工程与工艺）化工分离工程阶段测试试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共20题，每题2分)1.以下哪种分离方法不属于平衡分离过程？（）A.精馏B.吸收C.离子交换D.萃取2.精馏塔中，塔顶温度与塔底温度相比（）。A.塔顶温度高B.塔底温度高C.一样高D.无法确定3.对于二元理想溶液的精馏过程，相对挥发度α越大，分离越（）。A.容易B.困难C.无影响D.不确定4.吸收操作中，吸收剂的选择应满足（）。A.对溶质有较大的溶解度B.挥发性小C.化学稳定性好D.以上都是5.在萃取操作中，萃取剂的选择性系数β（）越好。A.越大B.越小C.等于1D.无要求6.以下哪种不是常用的萃取剂？（）A.水B.乙醇C.乙醚D.苯7.吸附分离过程中，吸附剂的吸附容量与（）有关。A.温度B.压力C.吸附质浓度D.以上都是8.离子交换树脂的活性基团不包括（）。A.酸性基团B.碱性基团C.中性基团D.两性基团9.膜分离过程中，哪种膜的孔径最小？（）A.微滤膜B.超滤膜C.纳滤膜D.反渗透膜10.反渗透过程中，水透过膜的推动力是（）。A.压力差B.浓度差C.电位差D.温度差11.对于精馏塔的进料热状态，以下哪种进料的q值最大？（）A.冷液进料B.泡点进料C.气液混合进料D.过热蒸汽进料12.精馏塔的回流比增大，塔顶产品纯度（）。A.提高B.降低C.不变D.不确定13.吸收塔的填料层高度与（）有关。A.吸收剂用量B.吸收系数C.气体流量D.以上都是14.在萃取塔中，分散相的选择应考虑（）。A.传质效率高B.返混小C.操作稳定D.以上都是15.吸附等温线不包括（）。A.朗缪尔等温线B.弗罗因德利希等温线C.亨利等温线D.拉乌尔等温线16.离子交换过程中，离子交换速度与（）有关。A.离子浓度B.树脂交联度C.温度D.以上都是17.膜分离过程中，膜的截留率是指（）。A.被膜截留的溶质质量与进料中溶质质量之比B.透过膜的溶质质量与进料中溶质质量之比C.被膜截留的溶剂质量与进料中溶剂质量之比D.透过膜的溶剂质量与进料中溶剂质量之比18.反渗透膜的材质不包括（）。A.醋酸纤维素B.聚酰胺C.聚砜D.聚乙烯19.精馏塔的塔板效率不包括（）。A.单板效率B.全塔效率C.点效率D.线效率20.吸收操作中，当操作温度升高时，亨利系数E（）。A.增大B.减小C.不变D.不确定第II卷（非选择题，共60分）（一）填空题（每题2分，共10分）1.化工分离过程按分离原理可分为平衡分离过程、速率分离过程和______。2.精馏塔的回流比分为最小回流比和______。3.吸收操作中，亨利定律表达式为p=______。4.萃取操作中，分配系数k=______。5.膜分离过程中，浓差极化会导致膜的______下降。（二）简答题（每题5分，共20分）1.简述精馏塔的工作原理。2.吸收操作中，影响吸收速率的因素有哪些？3.萃取剂的选择原则是什么？4.简述离子交换树脂的工作过程。（三）计算题（每题10分，共20分）1.某二元理想溶液在连续精馏塔中进行分离，进料量为100kmol/h，进料组成xF=0.5，塔顶产品组成xD=0.95，塔底产品组成xW=0.05，回流比R=2，泡点进料。求塔顶产品量D、塔底产品量W以及精馏段操作线方程。2.在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中的溶质A，混合气流量为1000m³/h（标准状态），溶质A的摩尔分数为0.05，要求吸收率为95%。已知吸收剂用量L=1500kmol/h，平衡关系为y=2x。求塔底排出液的组成x1以及所需的填料层高度（已知气相总体积吸收系数Kya=100kmol/(m³·h)）。（四）分析题（每题10分，共10分）材料：在某化工分离过程中，采用了精馏塔进行二元混合物的分离。在操作过程中，发现塔顶温度逐渐升高，塔顶产品纯度下降。问题：请分析可能导致这种现象的原因，并提出相应的解决措施。（五）综合题（每题10分，共10分）材料：某化工厂需要分离一种含有A、B、C三种组分的混合溶液。已知A、B、C的沸点分别为120℃、150℃、180℃，且A与B的相对挥发度αAB=2.0，A与C的相对挥发度αAC=3.0，B与C的相对挥发度αBC=1.5。问题：请设计一个合理的分离方案，说明采用的分离方法及流程，并分析各分离步骤的作用。答案：1.C2.B3.A4.D5.A6.B7.D8.C9.D10.A11.A12.A13.D14.D15.D16.D17.A18.D19.D20.A填空题答案：1.机械分离过程2.操作回流比3.Ex4.yA/xA5.通量简答题答案：1.精馏塔利用混合物中各组分挥发度不同，在塔内多次进行气液两相的接触传质传热，使易挥发组分不断从液相转移到气相，难挥发组分从气相转移到液相，从而实现混合物的分离。2.影响吸收速率的因素有：吸收剂的性质、吸收剂用量、气液两相的接触面积和传质系数、温度、压力、气体流速等。3.萃取剂的选择原则：对溶质有较大的溶解度和选择性系数；与稀释剂互溶度小且分层良好；化学稳定性好，不与溶质和稀释剂发生化学反应；沸点与溶质相差较大，便于回收；价格低廉，来源广泛。4.离子交换树脂的工作过程：树脂预处理后装柱，待分离溶液通过树脂柱，溶液中的离子与树脂上的活性基团进行交换，离子被吸附在树脂上，树脂上的可交换离子进入溶液，当树脂吸附饱和后，用再生剂进行再生，恢复树脂的交换能力。计算题答案：1.由物料衡算可得：F=D+W，FxF=DxD+WxW，代入数据解得D=50kmol/h，W=50kmol/h。精馏段操作线方程：y=(R/(R+1))x+(xD/(R+1))=(2/3)x+0.317。2.混合气中溶质A的摩尔流量：G=1000×0.05/22.4=2.232kmol/h。吸收率η=95%，则吸收的溶质A的摩尔流量：GA=Gη=2.12kmol/h。由物料衡算可得：GA=L(x1-0)，解得x1=0.0014。由平衡关系y=2x，可得塔顶气相组成y2=2x1=0.0028。由传质单元高度公式HOG=G/(Kya)=2.232/100=0.0223m，传质单元数NOG=(y1-y2)/Δym，其中y1=0.05，Δym=((y1-2x1)-(y2-2x2))/ln((y1-2x1)/(y2-2x2))，x2=0，解得NOG=4.61。则填料层高度H=HOG×NOG=0.103m。分析题答案：可能原因：回流比减小，导致精馏段分离能力下降；进料组成变化，轻组分含量降低；塔内出现漏液、液泛等异常现象；再沸器加热量不足，塔底温度降低，影响气液传质。解决措施：检查回流比控制系统，适当增大回流比；分析进料组成变化原因，调整操作；检查塔内件，消除漏液、液泛等问题；检查再沸